錦屏二級水電站1號機(jī)定子鐵芯磁化試驗(yàn)

丁世全，王 承，李佳佳，李興易

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 前 言

錦屏二級水電站發(fā)電機(jī)由天津阿爾斯通設(shè)計制造，總裝機(jī)容量4 800MW(8×600MW)。定子鐵芯用進(jìn)口的M250－50冷扎硅鋼片在現(xiàn)場堆疊而成，硅鋼片厚度0.5mm，具有磁導(dǎo)率高、單位損耗低、無時效、機(jī)械性能優(yōu)良等特點(diǎn)，且兩面均采用從法國進(jìn)口的噴涂機(jī)噴涂F級硅鋼片絕緣漆，絕緣質(zhì)量優(yōu)良。

2 磁化試驗(yàn)的目的

由于受運(yùn)輸條件限制，定子機(jī)座分六瓣運(yùn)輸，在現(xiàn)場組焊、疊片及下線。磁化試驗(yàn)的目的是檢查定子鐵芯硅鋼片設(shè)計制造、疊片、壓緊等整體組裝質(zhì)量，檢查鐵片間是否有短路情況、絕緣是否良好。在現(xiàn)場疊片過程中，可能發(fā)生片間絕緣損壞，從而造成片間短路;或片間存在雜質(zhì)，由于運(yùn)行時受振動造成片間絕緣損壞，從而造成片間短路引起局部過熱，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。所以，定子鐵芯組裝完成后，必須按照規(guī)范及廠家要求進(jìn)行鐵芯磁化試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)基本原理及方法

定子鐵芯疊裝檢查合格后，在鐵芯上纏繞勵磁繞組，通入工頻電流，使鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通，通常取激磁磁感應(yīng)強(qiáng)度為1～1.2T。鐵芯在交變磁通中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發(fā)熱，通過測量鐵芯總的有功損耗和鐵芯溫度，計算出單位重量鐵芯損耗，發(fā)現(xiàn)可能存在的局部缺陷，以此判斷鐵芯制造、疊裝質(zhì)量是否符合設(shè)計及規(guī)程規(guī)范的要求。同時，如果鐵芯絕緣不好或鐵芯裝配質(zhì)量不佳，當(dāng)鐵芯通過交變磁通時，渦流損失就會增加，造成局部過熱，溫度急劇上升，從而可找出過熱點(diǎn)，據(jù)此判定缺陷并采取修復(fù)措施。。

4 鐵芯試驗(yàn)參數(shù)

定子鐵芯斷面見圖1。主要試驗(yàn)參數(shù):d2=1 200cm;d1=1 087cm;L1=333cm;通風(fēng)溝數(shù)n=64;通風(fēng)溝高度b=0.6cm;槽深L2=21.17cm;疊壓系數(shù)K1=0.96;軛部高度h=(d2－d1)/2－L2=35.33cm;鐵芯有效長度 L=K1×(L1－n×b)=282.82cm;密度ρ=7.6 t/m3;標(biāo)準(zhǔn)損耗1.05W/kg(1T時)。

圖1 定子鐵芯端面

試驗(yàn)參數(shù)計算:

(2)勵磁線圈總安匝數(shù):AW=π×(d2－h(huán))×aw=8 118.68，取 aw=2.22A/cm;

(3)單匝勵磁線圈電壓:U2=4.44×f×Q×10－4×B=221.82 V，取 B=1T;

(4)勵磁線圈匝數(shù):W1=U1/U2=45.08(U1=10 000V)，取 W1=44(匝);

(5)勵磁線圈電流:IL=AW/W1=184.52A，勵磁電纜取截面70mm2;

(6)測量線圈:單匝測量線圈電壓=10 000/44=222V，測量線圈取1匝;

(7)鐵芯軛部重量:G=π×(d2－h(huán))×Q ×10－6×ρ=277 720kg;

(8)試驗(yàn)電源近似容量:S=1.1×U1×IL=2 030kVA;

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(9)保護(hù)定值:過流保護(hù)時間0.5s;過流倍數(shù)1.5倍。

5 試驗(yàn)設(shè)備材料(見表1)

表1 試驗(yàn)設(shè)備及材料

6 試驗(yàn)接線及試驗(yàn)準(zhǔn)備

6.1 纏繞勵磁繞組

為使磁通密度分布均勻，采用端面70mm2的10kV單芯軟銅電纜沿鐵芯分7組均勻分布，每組6匝，并在定子進(jìn)出線兩端各加繞1匝;線圈緊貼鐵芯表面，在鐵芯棱角處墊足夠強(qiáng)度的絕緣橡皮。

6.2 測量線圈布置

測量線圈1匝，選用4mm2銅芯絕緣線。為檢查鐵芯磁場是否均勻，在鐵芯90°方向布置測量線圈，纏繞在任意兩個勵磁繞組的中間部位，纏繞時線要拉緊，并貼緊槽底。若定子結(jié)構(gòu)允許，測量繞組包繞定子有效鐵芯，不包繞機(jī)座，測量更加準(zhǔn)確。

6.3 測溫點(diǎn)布置

按20個等分部位，將60支溫度計按上、中、下三層均布在定子鐵芯上，溫度計的測溫端緊貼鐵芯表面，用玻璃膩?zhàn)颖?，并按順序編號。上、下齒壓板及定子機(jī)座各均布7個測溫點(diǎn)。在試驗(yàn)中用遠(yuǎn)紅外測溫儀進(jìn)行測量掃查。測溫點(diǎn)布置參見圖1。

6.4 設(shè)備布置及接線

(1)整定好10kV試驗(yàn)開關(guān)柜保護(hù)裝置，分、合閘應(yīng)可靠。

(2)試驗(yàn)儀器、儀表布置見圖2。

(3)用2 500V兆歐表測量各繞組與定子鐵芯的絕緣電阻、10kV開關(guān)柜電源電纜的絕緣電阻應(yīng)符合規(guī)程規(guī)范的要求。

7 試驗(yàn)步驟

(1)相關(guān)人員就位，記錄各部位的初始溫度及環(huán)境溫度。

(2)電源斷路器合閘，各儀表指示值應(yīng)與估算值無較大差別。

(3)通電1min，跳開電源斷路器。根據(jù)電壓、電流值核實(shí)試驗(yàn)工況，磁通密度應(yīng)在1T左右，否則應(yīng)改變勵磁繞組匝數(shù)。

(4)重新合閘，持續(xù)時間90min。每隔10min做一次記錄。

(5)90min后跳開斷路器，切斷電源、結(jié)束試驗(yàn)。

(6)測量每根鐵芯壓緊螺桿對定子機(jī)座及鐵芯的絕緣，絕緣電阻值應(yīng)大于或等于10MΩ，并記錄。

(7)檢查定子機(jī)座與定位筋各焊縫應(yīng)無裂紋，螺桿應(yīng)無松動。

注意事項(xiàng):

(1)試驗(yàn)過程中設(shè)專人負(fù)責(zé)試驗(yàn)高壓開關(guān)柜的操作、監(jiān)護(hù)。

(2)試驗(yàn)過程中設(shè)專人監(jiān)視電源運(yùn)行情況。

(3)不得隨意觸摸鐵芯，以防觸電，禁帶金屬物品進(jìn)入定子內(nèi)部。

(4)如發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重發(fā)熱，出現(xiàn)冒煙、火花、發(fā)紅、嚴(yán)重異常聲響等，須立即跳閘停止試驗(yàn)，查明原因并妥善處理后再行試驗(yàn)。

(5)如果定子鐵芯平均溫度和定子機(jī)座平均溫度的差值超過10℃時，需停止試驗(yàn)。

8 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)及計算結(jié)果見表2。由于定子結(jié)構(gòu)原因，試驗(yàn)時勵磁線圈及測量線圈包繞了定子機(jī)座，實(shí)測單位鐵損值為1.394W/kg，稍大于標(biāo)準(zhǔn)值0.029W/kg;鐵芯最大溫升11.3K，優(yōu)于25K的標(biāo)準(zhǔn)值;最大溫差6.48K，優(yōu)于15K的標(biāo)準(zhǔn)值。試驗(yàn)中和試驗(yàn)結(jié)束后檢查定子各焊縫、機(jī)座、壓緊螺桿、鐵片均無異常。

9 結(jié)束語

定子鐵芯磁化試驗(yàn)不僅是為了檢驗(yàn)組裝質(zhì)量是否符合設(shè)計、規(guī)范要求，更重要的是對定子組裝過程的控制，只有通過精密的過程控制才能保證試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)良。對錦屏二級首臺機(jī)組定子從機(jī)座組焊、定位筋安裝、疊片、壓緊及試驗(yàn)準(zhǔn)備等各重要工序均制定了詳細(xì)的方案和措施并嚴(yán)格監(jiān)督實(shí)施。試驗(yàn)表明，鐵芯單位損耗優(yōu)越目前國內(nèi)大多數(shù)機(jī)組，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ)。

圖2 定子鐵芯磁化試驗(yàn)接線示意

表2 試驗(yàn)過程采集數(shù)據(jù)及計算結(jié)果